蒙东地区高粱新品种叶片解剖结构与抗寒性关系的研究

2017-06-10唐立红李世巍刘任鑫彭晓良

赤峰学院学报·自然科学版 2017年9期

关键词：泡状维管束角质层

唐立红，李世巍，刘任鑫，彭晓良

（赤峰学院生命科学学院，内蒙古赤峰 024000）

蒙东地区高粱新品种叶片解剖结构与抗寒性关系的研究

唐立红，李世巍，刘任鑫，彭晓良

（赤峰学院生命科学学院，内蒙古赤峰 024000）

在前人遗传育种、生理生化研究的基础上，以蒙东地区峰杂2号、吉杂130、赤杂16号、赤杂24号及赤杂851五个高粱新品种为试材，采用石蜡切片法，对叶片的表皮、角质层、叶肉、泡状细胞、木质部、导管、韧皮部、维管束鞘等结构进行观察、对比及分析，探究不同品种高粱叶片结构与抗寒性的关系.结果显示：导管直径、韧皮部厚度、维管束鞘厚度与抗寒性无关联，木质部厚度和叶肉厚度与抗寒性无明显关联，表皮细胞厚度、角质层厚度、泡状细胞厚度与抗寒性呈正相关联，可以作为高梁抗寒品种筛选的参考指标.

高粱；品种；抗寒性；叶片解剖结构

高粱（Sorghum bicolor）是禾本科、高粱属一年生草本植物.作为世界上第四大粮食作物，高粱具有性喜温暖、光合效率高、耐贫瘠、耐盐碱等生物学特性.吉林省农业科学研究院、赤峰农业科学研究院及赤峰市敖汉旗农业科学研究所，1993至2006年期间根据内蒙古东部地区的气候、季节特点及地理特征，试验培育出赤杂16号、赤杂851、赤杂24号、峰杂2号、吉杂130五个高粱新品种，近几年在黑龙江省第Ⅰ积温带，内蒙古的赤峰、通辽，吉林省的松原、白城等地区大面积种植，抗性及增产效果明显[1-5].本试验在成慧娟、李继洪、李志光等人遗传育种、生理生化研究的基础上对五个高粱品种叶片解剖结构进行观察比较，明确不同高粱品种叶片解剖结构的特征与差异，探究表皮细胞、角质层、叶肉、泡状细胞、木质部、韧皮部、导管、维管束鞘等结构与抗寒、抗旱的关系，，旨在为高粱品种的抗寒引种及推广栽培提供依据.

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料的种子源于赤峰农业科学研究院，种植于赤峰学院生命科学学院实验室内.选取生长状况良好、未抽穗的赤杂16号、赤杂851、赤杂24号、峰杂2号、吉杂130五个高粱品种各10株，每株选取中上部受光均匀的1～2片叶，在叶片1/2处切取1×0.5cm带中脉的部分，放入FAA固定液中.

1.2 方法

石蜡切片法制片:取固定好的材料，依次进行30%、50%、70%、85%、95%、100%梯度酒精脱水,二甲苯透明、浸蜡，生物组织包埋机（YD-6D，金华市益迪医疗设备有限公司）包埋，石蜡切片机（HM325，德国MICROM）切片，切片厚度为10μm，番红-固绿对染，中性树胶封片.

选取染色清晰、材料完整的装片在生物显微镜(CX41，日本OLYMPUS)下观察并拍照；各项观测指标用显微镜测微尺测量，每个指标重复测量10次，记录数据；用SPSS 19软件对数据进行方差分析.

2 结果与分析

2.1 五个品种高粱叶片结构的基本特征

五个品种高粱叶片解剖结构具有共同特征：叶片均由表皮、叶肉、叶脉三部分组成.表皮分化为一层细胞，细胞排列整齐紧密；表皮外具有角质层，显微镜下呈透明色；维管束间的上表皮分布有泡状细胞.叶肉细胞形状较规则，大小不均匀，没有栅栏组织和海绵组织的分化.叶脉位于叶肉内，木质部在内方，韧皮部在外方；韧皮部细胞较小，横切面近圆形；木质部与韧皮部之间没有形成层的分化，为有限维管束；每个维管束的外侧有1层维管束鞘包围，细胞较大，排列紧密整齐.

2.2 五个品种高粱叶片结构特征比较

五个品种高粱叶片的基本结构虽然相同，但各品种的表皮细胞厚度、角质层厚度、叶肉厚度、韧皮部厚度、木质部厚度、导管直径、维管束鞘厚度、泡状细胞厚度均存在一定的差异.对观测指标数据进行方差分析，结果显示：除韧皮部厚度、维管束鞘厚度、导管直径差异不显著外，其余观测指标均表现为显著性差异（表1）.

表1 五个高粱品种叶片观测指标数据

对差异显著的7项观测指标做进一步分析：五个品种高梁叶片的上表皮细胞均比下表皮细胞厚，上表皮细胞厚度、下表皮细胞厚度、总表皮细胞厚度、角质层厚度、泡状细胞厚度数值排序均为赤杂851最大，峰杂2号最小，吉杂130、赤杂24号和赤杂16号居中；木质部厚度表现为:吉杂130＞赤杂24＞峰杂2号＞赤杂16号＞赤杂851；叶肉厚度由大到小依次为吉杂130、峰杂2号、赤杂24号、赤杂851、赤杂16号，此两项观测数值均呈不规则排序状态（表1、图1）.

图1 五个品种高粱叶片横切结构

3 结论与讨论

基因决定生物个体的表型，但是环境条件也在一定程度上影响着生物个体的表型[6].植物执行代谢功能的主要器官是叶片，植物对其生长环境的适应性，能够依据植物叶片的结构特征和生长状况等做出直接判断[7].

由前人研究可知，赤杂851适宜在2300～3000℃的活动积温区域种植，峰杂2号适宜种植的地区为≥10℃活动积温为3100℃以上，赤杂16号适宜在积温为2900—3100℃的地区种植，赤杂24号适宜种植的地区是≥10℃积温为2700—2900℃的地区，吉杂130适宜在≥10℃活动积温为2450-2550℃的地区种植.五个高粱品种的抗寒性为：赤杂851最大，峰杂2号最小，吉杂130、赤杂24号、赤杂16号居中[1-5].

本试验研究显示：五个品种高梁的韧皮部厚度、维管束鞘厚度、导管直径三项观测指标不存在显著差异，表明与抗寒性无直接关联.木质部厚度、叶肉厚度两项指标大小依次为：吉杂130＞赤杂24＞峰杂2号＞赤杂16号＞赤杂851，吉杂130＞峰杂2号＞赤杂24号＞赤杂851＞赤杂16号，均呈不规则排序状态，与前人的研究结论无趋同性，表现出与抗寒性无明显关联；总表皮细胞厚度、角质层厚度、泡状细胞厚度三项指标排序均为：赤杂851最大，峰杂2号最小，吉杂130、赤杂24号和赤杂16号居中，与前人研究结果一致，显示出与抗寒性呈正相关的关联趋势.

研究已表明，受到低温胁迫的植物体，细胞膜脂由液晶相变为凝胶相，导致膜收缩，甚至会有龟裂或孔道.骤然降温会使细胞内溶质过冷，细胞结冰，对植物体造成致命伤害.低温一方面增大水分本身的黏性，降低扩散速率，另一方面增大细胞质黏性，水分不易通过细胞质，导致根系吸水速率降低[8-10]，进而减弱植物呼吸作用，影响代谢功能.

表皮位于植物叶片的表面，具有保护作用，可减少低温、干旱以及微生物等对叶片内部组织的伤害[11].所以在低温、干旱的环境中，表皮越厚越有利于植物的生长.泡状细胞是禾本科植物叶片的重要特征，存在于维管束间的上表皮，当植物遭遇低温、干旱时，通过失水，使整片叶子向上卷成筒状，从而降低蒸腾作用，减缓低温、干旱对植物的影响[12].故泡状细胞越大，抗寒、抗旱性越强.角质层位于叶片表面，一方面可降低蒸腾作用，减少水分散失，另一方面角质层较强的折光率，可减少空气在叶表面的流动，阻止过度日晒引起植物损害，还可以保护植物避免细菌和真菌的侵害，降低病害的发生[13-14].故角质层越厚，植物抗寒、抗旱性越强.

综上所述，本研究初步表明：不同高粱品种叶片的表皮细胞厚度、角质层厚度、泡状细胞厚度三项指标存在显著差异，与抗寒性呈正相关联，可作为高粱抗寒引种及推广栽培的参考指标.

〔1〕李继洪,陈冰旭,李淑杰,等.食用、酿酒高粱新品种吉杂130的选育与研究 [J].新品种选育与推广,2011(8):111-112.

〔2〕严福忠,成慧娟,王立新,等.国鉴优质酿造高粱新品种赤杂24号的选育及其杂交种繁制[J].内蒙古农业科技,2011(1):60-69.

〔3〕成慧娟,马尚耀,白大鹂,等.高粱新杂交种赤杂16号的选育研究初报[J].内蒙古农业科技,2001 (6):13-14.

〔4〕成慧娟,马尚耀,王立新,等.高粱系列新品种的选育及推广[J].内蒙古农业科技，2007(4):121-123.

〔5〕李志光,赵国强,于占斌.高粱新杂交种峰杂2号的选育研究[J].安徽农业通报,2013(19):41-42.

〔6〕徐炳生.生态变异在植物分类学和进化中的重要性[J].广西植物,1986(3):201-216.

〔7〕王勋陵.植物生态解剖学研究进展[J].植物学通报,1993（增刊）:1-10.

〔8〕高媛,齐晓花,杨景华,等.高等植物对低温胁迫的响应研究[J].北方园艺,2007(10):58-61.

〔9〕徐燕,薛立,屈明.植物抗寒性的生理生态学机制研究进展[J].林业科学,2007(4):88-94.

〔10〕赵渊.石楠属几种植物抗寒性及生物学特征研究[D].南京林业大学:园林植物与观赏园艺, 2006.1-47.

〔11〕潘瑞炽,王小菁,李娘辉.植物生理学[M].北京:高等教育出版社,2008.286-289.